CN113655028A - 挥发性有机物气体遥感方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

挥发性有机物气体遥感方法、装置、设备及可读存储介质 Download PDF

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CN113655028A CN202110519954.3A CN202110519954A CN113655028A CN 113655028 A CN113655028 A CN 113655028A CN 202110519954 A CN202110519954 A CN 202110519954A CN 113655028 A CN113655028 A CN 113655028A
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张帅
丁欣
林明
孙冰
曾黎明
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Abstract

本公开实施例公开了挥发性有机物气体遥感方法、装置、设备及可读存储介质，该方法包括：根据目标气体确定工作谱段；基于可调谐激光吸收光谱法，获取由工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；对环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种干扰气体的吸收光谱；在环境吸收光谱中扣除各种干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号；根据净光谱信号，确定目标气体的浓度。

Description

挥发性有机物气体遥感方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本公开涉及光谱测量分析技术领域，尤其涉及一种挥发性有机物气体遥感方法、挥发性有机物气体遥感装置、挥发性有机物气体遥感设备、计算机可读存储介质及计算机程序产品。
背景技术
在工业废气排放、酒驾、环境气体和危化品遥感等领域，所监测对象通常为痕量挥发性有机物(VOCs)，VOCs的浓度低、特征吸收光谱的谱带宽，且通常与空气的吸收光谱重叠而受到严重干扰，甚至淹没在大气背景中，使得VOCs遥感的灵敏度和精度低，消除干扰气体对宽带吸收光谱的影响是痕量VOCs遥感中的技术难题。
在相关技术中，通常采用基于激光雷达技术、傅里叶变换红外光谱技术、紫外差分吸收光谱和可调谐激光吸收光谱技术等方法，实现气体浓度检测。然而，例如，危化品浓度检测场所往往在人员密集的公共场所，环境中的干扰危化品浓度相对较大，当干扰气体的特征吸收较强时，其会干扰甚至覆盖危化品分子的宽带吸收谱，造成危化品检测灵敏度降低，甚至无法进行特征性识别，给危化品检测带来困难。
在实现本公开构思的过程中，发现相关技术中至少存在遥感的灵敏度和精度不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供了一种挥发性有机物气体遥感方法、挥发性有机物气体遥感装置、挥发性有机物气体遥感设备、计算机可读存储介质及计算机程序产品，以提高目标气体遥感的灵敏度和精度。
本公开实施例的一个方面提供了一种挥发性有机物气体遥感方法，该方法包括：根据目标气体确定工作谱段；基于可调谐激光吸收光谱法，获取由上述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；对上述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种上述干扰气体的吸收光谱；在上述环境吸收光谱中扣除各种上述干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号；以及，根据上述净光谱信号，确定上述目标气体的浓度。
本公开实施例的另一个方面提供了一种挥发性有机物气体遥感装置，该装置包括：第一确定模块，用于根据目标气体确定工作谱段；获取模块，用于基于可调谐激光吸收光谱法，获取由上述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；第二确定模块，用于对上述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种上述干扰气体的吸收光谱；扣除模块，用于在上述环境吸收光谱中扣除各种上述干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号；以及，第三确定模块，用于根据上述净光谱信号，确定上述目标气体的浓度。
本公开实施例的另一个方面提供了一种挥发性有机物气体遥感设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。
本公开实施例的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本公共实施例的另一个方面提供了一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的方法。
根据本公开的实施例，通过根据目标气体确定工作谱段，基于可调谐激光吸收光谱法，获取由所述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱，对所述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种所述干扰气体的吸收光谱，实现了对上述信息的准确测量。在此基础上，由于净光谱信号为扣除干扰气体的吸收光谱后的信号，因此，有效消除了目标气体受到干扰气体的影响，进而提高了目标气体遥感的灵敏度和精度。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感装置的框图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感设备的框图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的一种挥发性有机物气体遥感系统的框图；
图5示意性示出了根据本公开实施例的另一种挥发性有机物气体遥感系统的框图；
图6示意性示出了根据本公开实施例的用于乙醇遥感的挥发性有机物气体遥感系统的框图；
图7示意性示出了根据本公开实施例的一种采用对射式乙醇遥感系统进行乙醇遥感的示意图；
图8示意性示出了根据本公开实施例的另一种采用对射式乙醇遥感系统进行乙醇遥感的示意图；
图9示意性示出了根据本公开实施例的采用手持式乙醇遥感设备进行乙醇遥感的示意图；
图10示意性示出了根据本公开实施例的采用手持式危化品遥感设备进行危化品浓度遥感的示意图；
图11示意性示出了根据本公开实施例的采用气体遥感系统进行危化品浓度遥感的示意图；以及
图12示意性示出了根据本公开实施例的采用搭载无人机上的气体遥感系统进行危化品浓度遥感的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。
本公开实施例通过对遥感路径上的干扰气体的吸收光谱进行分析，获得遥感路径上的干扰气体的吸收光谱、温度和压力，根据上述对遥感光谱进行背景扣除、温度和压力校正，从而实现对目标气体的准确遥感。
采用波长调谐激光照射待测环境，检测模块接收后向散射光，将接收到的散射光信号转换为电信号，经放大、滤波、模数转换，送到吸收光谱分析模块进行光谱数据分析。下面将结合实施例对上述内容进行说明。
图1示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感方法的流程图，该方法可以由挥发性有机物气体遥感装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于设备中，例如，气体挥发性有机物遥感设备。
如图1所示，该方法包括操作S110～S150。
在操作S110，根据目标气体确定工作谱段。
在操作S120，基于可调谐激光吸收光谱法，获取由工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；
根据本公开的实施例，可以根据先验光谱知识和/或光谱数据库，确定目标气体遥感的特征吸收谱段和弱吸收谱段，根据目标气体遥感的特征吸收谱段和弱吸收谱段，确定工作谱段。其中，光谱数据库可以包括HITRAN或PNNL等。可以基于调谐激光获取待测环境的环境吸收光谱。
示例性的，如目标气体为C2H5OH(即乙醇)，通过光谱数据库得到了C2H5OH的特征吸收谱段包括3333～3508nm、7092～7246nm和9302～9569nm等。C2H5OH的弱吸收谱段包括1428～1562nm、1724～2000nm、2380～2666nm和2777～3830nm等。可以根据上述特征吸收谱段之一，结合弱吸收谱段之一，确定C2H5OH遥感的工作谱段，即3333～3508nm和1428～1562nm。
在操作S130，对环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种干扰气体的吸收光谱。
在操作S140，在环境吸收光谱中扣除各种干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号。
根据本公开的实施例，可以根据干扰气体参考谱对环境吸收光谱进行拟合，得到干扰气体的吸收光谱，其中，干扰气体参考谱可以从光谱数据库中获取，例如HITRAN数据库。
根据本公开的实施例，在环境吸收光谱中可以扣除干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号。
示例性的，如在乙醇遥感的工作谱段，即3333～3508nm和1428～1562nm，干扰气体可以包括H2O、CH4和CO2。可以在环境吸收光谱中扣除H2O、CH4和CO2的吸收光谱，得到净光谱信号。
在操作S150，根据净光谱信号，确定目标气体的浓度。
根据本公开的实施例，根据净光谱信号和目标气体参考光谱，反演计算，得到目标气体的浓度。其中，目标气体参考光谱可以从光谱数据库或实验获得。例如，目标气体为乙醇，乙醇的参考光谱可以从PNNL光谱数据库或实验获得。需要说明的是，可以采用差分运算方法、谱线拟合方法、神经网络方法或化学计量学方法等，对目标气体浓度进行反演。
根据本公开实施例的技术方案，通过根据目标气体确定工作谱段，基于可调谐激光吸收光谱法，获取由所述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱，对所述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种所述干扰气体的吸收光谱，实现了对上述信息的准确测量。在此基础上，由于净光谱信号为扣除干扰气体的吸收光谱后的信号，因此，有效消除了目标气体受到干扰气体的影响，进而提高了目标气体遥感的灵敏度和精度。
根据本公开的实施例，上述挥发性有机物气体遥感方法还可以包括如下操作。
根据干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力。根据温度和压力，对目标气体的浓度进行修正，得到修正后的目标气体的浓度。
根据本公开的实施例，通过根据温度和压力，对目标气体的浓度进行修正，提高了目标气体遥感的灵敏度和精度。
根据本公开的实施例，根据干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力，可以包括如下操作。
确定各种吸收光谱中属于同种干扰气体的两个孤立吸收谱线。确定两个孤立吸收谱线的谱线参数。根据谱线参数，确定遥感路径上的温度和压力。
根据本公开的实施例，可以利用非线性最小二乘拟合方法，确定两个孤立吸收谱线的谱线参数，例如，采用LM方法。
根据本公开的实施例，谱线参数可以包括积分吸光度。或，谱线参数可以包括高斯线宽和/或洛伦兹线宽。
根据本公开的实施例，可以采用拟合方式对孤立吸收光谱的吸收线型进行分离，以得到高斯线型和洛伦兹线型。根据高斯线型，确定高斯线宽。根据洛伦兹线型，确定洛伦兹线宽。
根据本公开的实施例，可以采用如下两种方法之一确定遥感路径上的温度和压力。
方法一，双谱线法，即根据上述两个孤立吸收谱线的积分吸光度，利用如下公式(1)，确定遥感路径上的温度。利用如下公式(2)确定环境压力。
Figure BDA0003061994610000061
其中，h表示普朗克常量，c表示光速，T0表示标准条件下的温度，k表示玻尔兹曼常数；E″1j和E″2j分别为两个孤立吸收谱线的低能级能量；S1j(T0)和S2j(T0)分别为两个孤立吸收谱线在温度T0下的吸收线强；A1j和A2j分别为两个孤立吸收谱线的积分吸光度。
Figure BDA0003061994610000062
其中，v表示频率；σj(v)表示气体j的吸收截面；αj(v)表示气体j的吸收系数；L表示遥感光程长度。
方法二，单谱线法。即根据孤立吸收谱线的高斯线宽，利用如下公式(3)确定遥感路径上的温度。利用孤立吸收谱线的洛伦兹线宽，利用如下公式(4)确定遥感路径上压力。
Figure BDA0003061994610000071
其中，
Figure BDA0003061994610000072
表示孤立吸收谱线的高斯线宽；v0，3j表示孤立吸收谱线的中心频率；Mj表示气体的相对分子质量。
Figure BDA0003061994610000073
其中，
Figure BDA0003061994610000074
表示孤立吸收谱线的洛伦兹线宽，γn表示气体的碰撞展宽系数；χn表示气体的体积分数。
上述确定遥感路径上的温度和压力时，采用的是信噪比高和受其它干扰小的工作谱段的等效吸收光谱，因此，可以准确确定遥感路径上的温度和压力，进而进一步提高了干扰气体遥感的灵敏度和精度，从而进一步提高了目标气体遥感的灵敏度和精度。
根据本公开的实施例，目标气体包括乙醇、危化品、毒气和化学战剂中的至少一种。待测环境包括空气、车辆内环境和室内环境中的至少一种。
根据本公开的实施例，基于激光吸收光谱法，发展乙醇遥感装置，无须停车就可以对车内乙醇浓度进行测量，解决酒驾高效筛查的难题。
根据本公开的实施例，目标气体包括但不限于危险化学品等挥发性有机物气体。危险化学品(简称危化品)具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧和助燃等性质，且对人体、设施和环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品。
图2示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感装置的框图，该装置可以配置于设备中，例如，气体挥发性有机物遥感设备。
如图2所示，挥发性有机物气体遥感装置包括第一确定模块210、获取模块220、第二确定模块230和第三确定模块240。
第一确定模块210，用于根据目标气体确定工作谱段。
获取模块220，用于基于可调谐激光吸收光谱法，获取由工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱。
第二确定模块230，用于对环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种干扰气体的吸收光谱。
扣除模块240，用于在环境吸收光谱中扣除各种干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号。
第三确定模块250，用于根据净光谱信号，确定目标气体的浓度。
根据本公开的实施例，上述挥发性有机物气体遥感装置还可以包括第四确定模块和修正模块。
第四确定模块，用于根据所述干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力。
修正模块，用于根据所述温度和所述压力，对所述目标气体的浓度进行修正，得到修正后的目标气体的浓度。
根据本公开的实施例，第四确定模块可以包括第一确定单元、第二确定单元和第三确定单元。
第一确定单元，用于确定各种吸收光谱中属于同种干扰气体的两个孤立吸收谱线。
第二确定单元，用于确定两个孤立吸收谱线的谱线参数。
第三确定单元，用于根据谱线参数，确定遥感路径上的温度和压力。
根据本公开的实施例，目标气体包括乙醇、危化品、毒气和化学战剂中的至少一种。待测环境包括空气、车辆内环境和室内环境中的至少一种。
图3示意性示出了根据本公开实施例的挥发性有机物气体遥感设备的框图。图3显示的挥发性有机物气体遥感设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图3所示，本公开实施例提供的气体遥感设备，包括处理器31、存储器32、输入装置33和输出装置34；挥发性有机物气体遥感设备中处理器31的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器31为例；挥发性有机物气体遥感设备中的处理器31、存储器32、输入装置33和输出装置34可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器32作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本公开实施例中的挥发性气体遥感方法对应的程序指令/模块(例如，第一确定模块210、获取模块220、第二确定模块230、扣除模块240和第三确定模块250)。处理器31通过运行存储在存储器32中的软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本公开实施例所提供的应用于挥发性有机物气体遥感设备的挥发性有机物气体遥感方法。
存储器32可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据气体浓度检测设备的使用所创建的数据等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器32可进一步包括相对于处理器31远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至气体浓度检测设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置33可用于接收用户输入的数字或字符信息，以产生与气体浓度检测设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置34可包括显示屏等显示气体浓度检测设备。
当然，本领域技术人员可以理解，处理器还可以实现本公开任意实施例所提供应用于挥发性有机物气体遥感设备的挥发性有机物气体遥感方法的技术方案。该挥发性有机物气体遥感设备的硬件结构以及功能可参见实施例的内容解释。
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如所提供的挥发性有机物气体遥感方法。
本公开的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、射频等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开操作的计算机程序代码，例如C语言和Python等。程序代码可以在计算机或服务器上执行。
当然，本公开所提供的一种计算机可读存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本公开任意实施例所提供的挥发性有机物气体遥感方法的相关操作。对存储介质的介绍可参见实施例中的内容解释。
根据本公开的实施例，根据本公开的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在该计算机程序被处理器31执行时，执行本公开的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
图4示出了根据本公开的一种挥发性有机物气体遥感系统的框图，该气体遥感系统可以包括终端4和挥发性有机物气体遥感设备3，终端4可设置本公开所述的挥发性有机物气体遥感装置，挥发性有机物气体遥感设备3可以包括光源模块40和检测模块41。检测模块41可与终端4通信连接。下面对其结构和工作原理进行说明。
光源模块40，用于发射多个工作谱段的激光，扫描待测环境。
检测模块41，用于在多个工作谱段，接收通过待测环境，并经反射或漫反射后生成的原始吸收光信号，分别对每个原始吸收光信号进行光电转换、放大和预处理、模数转换，得到对应的环境吸收光谱，并将各个环境吸收光谱发送至终端4。
根据本公开的实施例，如图5所示，光源模块40可以包括光源驱动单元400、光源发射单元401和光源辅助单元402。
根据本公开的实施例，上述挥发性有机物气体遥感系统还可以包括支撑模块，挥发性有机物气体遥感设备3可以设置于支撑模块上。
为了更好地理解本公开实施例的技术方案，下面分别以乙醇遥感和危化品遥感为例进行说明。
一)针对乙醇遥感
针对乙醇遥感，如图6所示，光源发射单元401(图6未示出)可以为第一激光器4010。光源辅助单元402(图6未示出)可以包括准直透镜4020、第一柱面镜4021、抛面聚光反射罩4022和汇聚透镜4023。抛面聚光反射罩4022还可以参见图7和图8。汇聚透镜4023还可以参见图7。其中，准直透镜4020可以用于将激光器4010发出的激光进行准直。柱面镜4021可以用于对激光进行扩束。抛面聚光反射罩4022可以用于对漫反射后的原始吸收光信号进行汇聚。汇聚透镜4023可以用于将原始吸收光信号聚焦至检测模块41的光敏面上。可以理解到，光的传输路径为：由第一激光器4010发出的激光通过准直透镜4020后，变成准直激光，准直激光通过第一柱面镜4021后实现扩束，扩束后的准直激光被待测环境中的气体选择性吸收，形成漫反射的原始吸收光信号，原始吸收光信号通过抛面聚光反射罩4022和汇聚透镜4023后，聚焦至检测模块41的光敏面上。
基于支撑设备的不同，可以将乙醇遥感系统分为龙门架式乙醇遥感系统和对射式乙醇遥感系统。
1)针对龙门架式乙醇遥感系统
如图6所示，可以在机动车经过的道路两侧设置龙门架60，光源模块40和检测模块41可以设置于龙门架60上。具体可以设置在龙门架60顶端的中心位置。
机动车通过时，可以由光源驱动单元400控制两个第一激光器4010以时分复用或频分复用的方式实现高频调制，通过准直透镜4020准直后的激光由出射端的第一柱面镜4021扩束，垂直向下出射激光。出射激光通过机动车的前挡风玻璃入射到驾驶室内，被机动车内环境中的气体选择性吸收，经控制台表面发生漫反射。漫反射的原始吸收光信号由设置于龙门架60上的抛面聚光反射罩4022汇聚，经过汇聚透镜4023将原始吸收光信号聚焦到检测模块41的光敏面上。
检测模块41可以接收原始吸收光信号并对原始吸收光信号进行光电转换，得到环境吸收光谱，可以将环境吸收光谱发送至终端4。
终端4可以根据环境吸收光谱，确定乙醇浓度，即终端4可以基于所述的乙醇遥感方法，确定乙醇浓度。终端4根据遥感路径上的温度和压力，对乙醇浓度进行修正，得到修正后的乙醇浓度，并确定修正后的乙醇浓度是否大于等于浓度阈值。如果修正后的乙醇浓度大于等于浓度阈值，则可以确定机动车的驾驶员存在酒驾，并可以向与机动车关联的用户发送违规信息。
此外，还可以在龙门架50上设置图像采集模块，用于采集机动车的图像信息。如果确定机动车的驾驶员存在酒驾，则可以对图像信息进行识别，得到机动车信息，并将机动车信息发送给与机动车关联的用户。机动车信息可以包括机动车的车牌号。
2)针对对射式乙醇遥感系统
如图7和图8所示，可以在机动车经过的道路两侧设置分别设置三脚架51。光源模块40和检测模块41可以分别设置在两个三脚架51上，可以参见图7。或者，光源模块40和检测模块41可以设置在同一侧的三脚架51上，将角反射镜设置在另一侧的三脚架51上，可以参见图8。调节两个三脚架51的高度，保证光源模块40和检测模块41同轴，且与车窗中心同高度。
机动车通过时，可以由光源驱动单元400控制两个第一激光器4010以时分复用或频分复用的方式实现高频调制，发射出射激光，出射激光通过机动车内部，并经汇聚传输至对面的检测模块41。
检测模块41分别对原始吸收光信号进行光电转换，得到环境吸收光谱，可以将环境吸收光谱发送至终端4。
终端4可以根据环境吸收光谱，确定乙醇浓度，即终端4可以基于所述的乙醇遥感方法，确定乙醇浓度。终端4根据遥感路径上的温度和压力，对乙醇浓度进行修正，得到修正后的乙醇浓度，并确定修正后的乙醇浓度是否大于等于浓度阈值。如果修正后的乙醇浓度大于等于浓度阈值，则确定机动车的驾驶员存在酒驾，并可以向与机动车关联的用户发送违规信息。
需要说明的是，上述设置于支撑模块上的挥发性有机物气体遥感设备3也可以自身实现对乙醇浓度的确定，而无需与终端4配合。
此外，还需要说明的是，如果挥发性有机物气体遥感设备自身可以实现对乙醇浓度的确定，无需与终端4配合，则可以认为乙醇遥感设备为手持式乙醇遥感设备。手持式乙醇遥感设备除了可以包括所述的挥发性有机物气体遥感装置外，还可以包括上文所述的光源模块40和检测模块41。针对光源模块40和检测模块41的说明，可以参见上文相应部分，在此不再赘述。
图9示出了根据本公开实施例的采用手持式乙醇遥感设备进行酒驾检测的示意图。手持式乙醇遥感设备中两个第一激光器4010(图9未示出)的波长可以分别为3337nm和1550nm。由光源驱动单元400(图10未示出)控制两个第一激光器4010以时分复用或频分复用的方式实现高频调制，发射出射激光。
交通管理人员可以手持手持式乙醇遥感设备，瞄准车内控制台或仪表盘某一位置点，开启工作模式，发射出射激光。出射激光通过漫反射后的原始吸收光信号被抛面聚光反射罩4022(图9未示出)汇聚，经过汇聚透镜4023(图9未示出)将原始吸收光信号聚焦到检测模块41(图9未示出)的光敏面上。
检测模块41分别对原始吸收光信号进行光电转换，得到环境吸收光谱，可将环境吸收光谱发送至挥发性有机物气体遥感装置。
挥发性有机物气体遥感装置可以根据环境吸收光谱，确定乙醇浓度，即挥发性有机物气体遥感装置可以基于本公开所述的挥发性有机物气体遥感方法，确定乙醇浓度。挥发性有机物气体遥感装置根据遥感路径上的温度和压力，对乙醇浓度进行修正，得到修正后的乙醇浓度，并确定修正后的乙醇浓度是否大于等于浓度阈值。如果修正后的乙醇浓度大于等于浓度阈值，则确定机动车的驾驶员存在酒驾行为，并可以向与机动车关联的用户发送违规信息。
二)针对危化品遥感
针对危化品遥感，如图10所示，光源发射单元401(图10未示出)可以为第二激光器4011。光源辅助单元402(图10未示出)可以包括抛面反射罩4024和第一汇聚透镜4025。其中，抛面反射罩4024可以用于对漫反射后的原始吸收光信号进行汇聚。第一汇聚透镜4025可以用于将原始吸收光信号聚焦至检测模块41的光敏面上。可以理解到，光的传输路径为：由第二激光器4011发出的激光被待测环境中的危化品选择性吸收，形成漫反射的原始吸收光信号，原始吸收光信号通过抛面反射罩4024和第一汇聚透镜4025后，聚焦至检测模块41的光敏面上。
如图11所示，光源发射单元401(图11未示出)可以为第三激光器4012。光源辅助单元402(图11未示出)可以包括第二柱面镜4026、抛面聚光罩4027和第二汇聚透镜4028。其中，抛面反射罩4027可以用于对漫反射后的原始吸收光信号进行汇聚。第二汇聚透镜4028可以用于将原始吸收光信号聚焦至检测模块41的光敏面上。可以理解到，光的传输路径为：由第三激光器4012发出的激光通过第二柱面镜4026后实现扩束，扩束后的激光被待测环境中的危化品选择性吸收，形成漫反射的原始吸收光信号，原始吸收光信号通过抛面聚光罩4027和第二汇聚透镜4028后，聚焦至检测模块41的光敏面上。
如图12所示，光源模块40(图12未示出)和检测模块41(图12未示出)可以设置于无人机52上，可以通过无线通信控制光源模块40和检测模块41工作。
结合图10，无人机52起飞，遥控其在待测环境上空的某一空间范围内驻留。可以由光源驱动单元400控制第二激光器4011以时分复用或频分复用的方式实现高频调制，激光由出射端向下射入地面区域，通过地面或物体的表面发生漫反射，漫反射的原始吸收光信号通过抛面反射罩4024汇聚，经过第一汇聚透镜4025将原始吸收光信号聚焦到检测模块41的光敏面上。或者，结合图11，无人机52起飞，遥控其在待测环境上空的某一空间范围内驻留。可以由光源驱动单元400控制第三激光器4012以时分复用或频分复用的方式实现高频调制，激光由出射端的第二柱面镜4026扩束，向下射入地面区域，通过地面或物体的表面发生漫反射，漫反射的原始吸收光信号通过抛面聚光罩4027汇聚，经过第二汇聚透镜4028将原始吸收光信号聚焦到检测模块41的光敏面上。
检测模块41可以接收原始吸收光信号并对原始吸收光信号进行光电转换，得到环境吸收光谱，可以将环境吸收光谱发送至终端4。
终端4可以根据环境吸收光谱，确定危化品浓度，即终端4可以基于所述的挥发性有机物气体遥感方法，确定危化品浓度。终端4根据遥感路径上的温度和压力，对危化品浓度进行修正，得到修正后的危化品浓度，并根据修正后的危化品浓度，确定危化品的危险等级。
需要说明的是，无人机52可以对待测环境内多个位置进行危化品遥感。
还需要说明的是，上述设置于支撑设备上的挥发性有机物气体遥感设备3也可以自身实现对危化品浓度的确定，而无需与终端4配合。
此外，还需要说明的是，如果挥发性有机物气体遥感设备3自身可以实现对危化品浓度的确定，无需与终端4配合，则可以认为挥发性有机物气体遥感设备3为手持式危化品遥感设备。手持式危化品遥感设备除了可以包括所述的挥发性有机物气体遥感装置外，还可以包括上文所述的光源模块40和检测模块41。针对光源模块40和检测模块41的说明，可以参见上文相应部分，在此不再赘述。
如图10所示，工作人员可手持手持式危化品遥感设备，距待测环境以一定距离，开启工作模式，发射出射激光。出射激光通过漫反射后的原始吸收光信号被抛面反射罩4024汇聚，经过第一汇聚透镜4025将原始吸收光信号聚焦到检测模块41的光敏面上。
检测模块41对原始吸收光信号进行光电转换，得到环境吸收光谱，可以将环境吸收光谱发送至挥发性有机物气体遥感装置。
挥发性有机物气体遥感装置可以根据环境吸收光谱，确定危化品浓度，即挥发性有机物气体遥感装置可以基于所述的挥发性有机物气体遥感方法，确定危化品浓度。挥发性有机物气体遥感装置根据遥感路径上的温度和压力，对危化品浓度进行修正，得到修正后的危化品浓度，并根据修正后的危化品浓度，确定危化品的危险等级。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种挥发性有机物气体遥感方法，包括：
根据目标气体确定工作谱段；
基于可调谐激光吸收光谱法，获取由所述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；
对所述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种所述干扰气体的吸收光谱；
在所述环境吸收光谱中扣除各种所述干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号；以及
根据所述净光谱信号，确定所述目标气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力；以及
根据所述温度和所述压力，对所述目标气体的浓度进行修正，得到修正后的目标气体的浓度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据所述干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力，包括：
确定各种所述吸收光谱中属于同种干扰气体的两个孤立吸收谱线；
确定所述两个孤立吸收谱线的谱线参数；以及
根据所述谱线参数，确定所述遥感路径上的温度和压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述谱线参数包括积分吸光度，或所述谱线参数包括高斯线宽和/或洛伦兹线宽。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，所述目标气体包括乙醇、危化品、毒气和化学战剂中的至少一种；
所述待测环境包括空气、车辆内环境和室内环境中的至少一种。
6.一种挥发性有机物气体遥感装置，包括：
第一确定模块，用于根据目标气体确定工作谱段；
获取模块，用于基于可调谐激光吸收光谱法，获取由所述工作谱段的激光通过待测环境得到的环境吸收光谱；
第二确定模块，用于对所述环境吸收光谱进行分析，确定包括的各种干扰气体和每种所述干扰气体的吸收光谱；
扣除模块，用于在所述环境吸收光谱中扣除各种所述干扰气体的吸收光谱，得到净光谱信号；以及
第三确定模块，用于根据所述净光谱信号，确定所述目标气体的浓度。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
第四确定模块，用于根据所述干扰气体的吸收光谱，确定遥感路径上的温度和压力；以及
修正模块，用于根据所述温度和所述压力，对所述目标气体的浓度进行修正，得到修正后的目标气体的浓度。
8.一种挥发性有机物气体遥感设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1～5中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现权利要求1～5中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，所述计算机程序被处理器执行时用于实现权利要求1～5中任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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